Vorrichtung und Verfahren zur Sitzbelegungserkennung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Sitzbelegungserkennung. Dabei weist die Vorrichtung erste und zweite Sensorelemente auf, die jeweils einer Fläche eines Sitzes zugeordnet sind und an denen erste und zweite Sensorsignale elektrisch abgreifbar sind, die jeweils abhängig von der auf sie aufgebrachten Gewichtskraft sind. Das Verfahren setzt eine solche Vorrichtung ein.

Bei einer Vielzahl von technischen Anwendungen ist es heutzutage wichtig, über die Art der Belegung eines Sitzes Auskunft zu erhalten, um entsprechende Folgefunktionen davon abhängig zu machen.

In besonderem Maße gilt dies für Insassenrückhaltesysteme, deren effizienter, d.h. einen Personenschaden vermeidender, und kostenbewusster Einsatz von Insassenrückhaltemitteln oft von der Art der Sitzbelegung des Fahrzeugsitzes abhängt. Gerade in diesem Bereich wird es in den letzten Jahren immer wichtiger, die Auslösung von Insassenrückhaltemitteln, beispielsweise Frontairbags, Seitenairbags, Knieairbags, Vor- hangairbags, etc. an einen Fahrzeuginsassen im Entfaltungsbereich der Insassenrückhaltemittel anzupassen, um einerseits Reparaturkosten zu sparen und bei einem nicht belegten Sitz ein Insassenrückhaltemittel von vornherein nicht auszulösen und andererseits um bestimmte Personengruppen nicht durch ein ungeeignetes Auslöseverhalten des Insassenrückhaltemittels zusätzlich zu gefährden, beispielsweise Kinder oder sehr kleine Erwachsene.

Es ist dabei oftmals nicht nur wichtig, die Anwesenheit einer Person auf dem Kraftfahrzeugsitz festzustellen, sondern dar-

über hinaus klassifizierende Eigenschaften der Person, insbesondere das Körpergewicht. Zu nennen ist in diesem Zusammenhang die Crash-Norm FMVSS 208, deren Einhaltung immer mehr von Fahrzeugherstellern gefordert wird und die eine Klassifi- zierung einer Person nach Ihrem Gewicht festschreibt, um im Falle einer Kollision die Ansteuerung eines Insassenrückhaltemittels gegebenenfalls in geeigneter Weise an die erkannte Person anzupassen.

Die Messung des Gewichts oder der Gewichtsverteilung einer

Person auf einem Kraftfahrzeugsitz kann mit Hilfe verschiedener Sensoren bewerkstelligt werden:

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 199 25 877 Al ist es beispielsweise bekannt, das Gewicht eines Fahrzeuginsassen mit seinem Fahrzeugsitz durch Lastsensoren zwischen dem Fahrzeugsitz und dem Fahrzeugboden zu erfassen. Die dabei verwendeten Sensoren können beispielsweise kapazitive Messprinzipien verwenden (Spalte 7, Zeile 30) . Es können aber bei- spielsweise auch induktive oder piezoresistive oder andere

Gewichtssensoren zum Einsatz kommen. Des Weiteren finden beispielsweise auch Systeme mit Sende- und Empfangseinheiten für Ultraschall, Infrarot oder auch Mikrowellen bei der Insassenerkennung Verwendung.

Die Verwendung von gewichtsempfindlichen Widerstandselementen als Sensorelemente zur Sitzbelegungserkennung insbesondere in Kraftfahrzeugen ist aus der Automobiltechnik hinlänglich bekannt :

Aus der Druckschrift DE 200 14 200 Ul ist es beispielsweise bekannt, zur Sitzbelegungserkennung in einem Kraftfahrzeug eine so genannte Sensorsitzmatte zu verwenden, die aus einer Vielzahl von druckempfindlichen Sensorelementen besteht. Die- se sind über die Sitzfläche des Fahrzeugsitzes verteilt angeordnet und können somit die Kraft erfassen, die durch eine

auf dem Fahrzeugsitz aufsitzende Person oder ein dort befindliches Objekt auf die Sitzfläche aufbringen. Die Sensorelemente sind Widerstandselemente, die je nach dem auf sie einwirkenden Gewicht ihren Widerstand ändern. Diese Widerstands- änderungen können als gewichtsabhängige Sensorsignale an den Widerstandselementen einzeln abgegriffen werden. Durch eine Auswertung der Sensorsignale in einer Auswerteeinheit kann damit ein Sitzprofil erstellt werden, anhand dessen auf die Sitzposition eines Fahrzeuginsassen zurück geschlossen werden kann, aber auch auf Gegenstände, die auf dem Sitz abgestellt wurden.

Die amerikanische Offenlegungsschrift US 2001/0040056 Al zeigt mehrere Ausführungsformen einer ähnlichen Anordnung, nur dass hier im Vergleich zu dem Gegenstand der Druckschrift DE 200 14 200 Ul die Sensorsignale nicht an jedem Sensorelement abgegriffen werden können, sondern nur als Gesamtsignal eines oder mehrerer Netzwerke von parallel verschalteten Widerstandselementen .

Unabhängig davon, ob Sensorelemente einzeln oder als ein oder mehrere Netzwerke verbundene Sensorelemente eingesetzt werden, kann ein so genannter Auslöseschwellwert für die Signalauswertung definiert werden. Übersteigt das Summen- oder Ein- zelsignal der Sensorelemente diesen Auslöseschwellwert werden die Sensorelemente ausgelöst, dass heißt die Sensorelemente gelten als belegt, beispielsweise durch eine Person.

Gewichtsabhängig veränderliche Widerstände als Sensorelemente sind üblicherweise zwischen zwei zusammenlaminierte Trägerfolien eingebracht. Die Sensorelemente umschließen dabei einen Hohlraum, in den auf den Folien angeordnete, gegenüberliegende leitfähige Schichten eingebracht sind, die sich einander unter Druckeinwirkung annähern und, bei weiterer Erhöhung des Drucks, sich schließlich flächig berühren, so dass dadurch

eine druckabhängige Veränderung des elektrischen Widerstands zwischen zwei Kontakten an den Sensorelementen abgegriffen werden kann.

Aufgrund eines solchen oder ähnlichen Aufbaus der Sensorelemente und aufgrund ihres Einbaus auf oder in den Kraftfahrzeugsitz verändert sich jedoch das Ansprechverhalten der gewichtsempfindlichen Widerstandselemente je nach Umgebungstemperatur, so dass sich die Sensorsignale bei konstantem ein- wirkenden Gewicht innerhalb des Temperaturbereichs, in dem die Vorrichtung zur Insassenerkennung eingesetzt werden soll, verändern.

Üblicherweise liegen die Sensorsignale bei niedrigen Umge- bungstemperaturen niedriger als bei hohen Temperaturen. Dies kann zu folgenden Problemen führen: die Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung kann aufgrund der Sensorsignale bei sehr niedrigen, insbesondere negativen Temperaturen aufgrund eine auf dem Kraftfahrzeug befindliche Person ggf. nicht mehr er- kennen, insbesondere bei sehr leichten Personen. Andererseits wird bei höheren Temperaturen ggf. fälschlicherweise eine Person auf dem Fahrzeugsitz erkannt, obwohl sich dort keine Person befindet. Dies kann beispielsweise bereits durch einen straff gespannten Sitzbezug bewirkt werden. Man spricht hier von einer Vorlast, die zwar gemessen wird, aber nicht durch ein auf den Sensorelementen aufliegendes Gewicht verursacht wird.

Diese beiden widerstreitenden Problematiken haben oftmals zur Folge, dass die Sitzbelegungserkennung aufgrund von solcher temperaturabhängigen Sensorsignale nicht im gesamten Temperaturbereich, üblicherweise zwischen - 40 bis + 85 Grad Celsius, eine optimale Sitzbelegungserkennung ermöglichen.

Aus der EP 1 210 571 Bl (vgl. [0018] - [0024]) ist eine Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung mit ersten und zweiten Sensorelementen bekannt, die einer Fläche eines Sitzes zugeordnet sind und an denen erste und zweite Sensorsignale

elektrisch abgreifbar sind, die jeweils abhängig von der auf sie aufgebrachten Gewichtskraft sind. Weiter geht aus der EP 1 210 571 Bl hervor, dass mittels mindestens eines zweiten Sensorelements Temperatureinflüsse kompensiert werden können.

Aus der DE 199 47 733 B4 ([0016] - [0020]) geht eine Vorrichtung hervor, bei der mittels eines neuronalen Netzes die Temperatur bei der Bewertung des Ausgangssignals der Sitzsensorelemente mit berücksichtigt wird.

Weiter ist aus der DE 101 44 878 Al (Figur 1; [0015] - [0016] ) eine Vorrichtung bekannt, bei der mittels eines externen Temperatursensors die Signale der Sitzsensoren korrigiert werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Sitzbelegungserkennung zu schaffen, so dass eine möglichst zuverlässige Sitzbelegungserkennung über einen möglichst großen Temperaturbereich er- möglicht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung gemäß Anspruch 1 mit ersten und zweiten Sensorelementen, die einer Fläche eines Sitzes zugeordnet sind und an denen erste beziehungsweise zweite Sensorsignale elektrisch abgreifbar sind, die jeweils abhängig von der auf sie aufgebrachten Gewichtskraft sind. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine Auswahlschaltung zur umgebungstemperaturabhängigen Auswahl von ersten und/ oder zweiten Sensorsig- nalen für das Erfassen der Sitzbelegung. Dadurch können solche ersten und zweiten Sensorelemente verwendet werden, die jeweils für eine Anwendung in verschiedenen Temperaturbereichen, in denen die Vorrichtung ihre volle Funktionsfähigkeit entfalten muss, bestmöglich angepasst sind. Je nach Tempera- turbereich wählt die Auswahlschaltung dazu umgebungstemperaturabhängig entweder die ersten oder die zweiten Sensorsignale für das Erfassen der Sitzbelegung aus, je nachdem von welchem dieser Signale in dem jeweiligen Temperaturbereich die

sicherste Erkennung eines Insassen zu erwarten ist. Wahlweise können in solchen Bereichen der Umgebungstemperatur, in denen sowohl eine sichere Erkennung eines Insassen aufgrund der ersten als auch der zweiten Sensorsignale zu erwarten ist, auch beide Sensorsignale für das Erfassen der Sitzbelegung verwendet werden.

Die Auswahlschaltung kann als elektronische Schaltung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist sie jedoch zumindest zum Teil, vorzugsweise ganz, als Funktionsablauf innerhalb einer Recheneinheit ausgebildet, insbesondere als Software innerhalb eines Mikroprozessors, vorzugsweise innerhalb einer Auswerteeinheit der Vorrichtung.

Vorzugsweise sind die ersten und die zweiten Sensorelemente derselben Fläche zugeordnet. In einem Fahrzeugsitz sind die Sensorelemente dazu vorteilhafter Weise auf einer Sensorsitzmatte angeordnet, die flächig auf an der Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes angebracht ist. Da in verschiedenen Tempera- turbereichen sowohl erste Sensorsignale als auch zweite Sensorssignale für die Erkennung derselben zum Einsatz kommen können, sind die Sensorelemente vorzugsweise räumlich sehr nahe zueinander angeordnet, so dass sie möglichst vergleichbaren Gewichtsbelastungen ausgesetzt sind.

Vorzugsweise unterscheidet sich mindestens ein erstes Sensorelement von mindestens einem zweiten Sensorelement dadurch, dass der Absolutwert des ersten Sensorssignals des ersten Sensorelements innerhalb eines durch die Vorrichtung zu er- fassenden Gewichtsbereichs bei gleicher Gewichtsbelastung stets um mehr als die Messungenauigkeit der Vorrichtung größer ist als der Absolutwert des zweiten Sensorsignals des zweiten Sensorelements. Die unterschiedliche Empfindlichkeit der Sensorelemente gegenüber Gewichtsbelastungen ist folglich bereits prinzipiell durch den Aufbau der Sensorelemente gegeben.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst .

Das Verfahren wird mit Hilfe von ersten und zweiten Sensor- elementen durchgeführt, die jeweils einer Fläche eines Sitzes zugeordnet sind und an denen erste bzw. zweite Sensorsignale elektrisch abgreifbar sind, die jeweils abhängig von der auf sie aufgebrachten Gewichtskraft sind. Die Sitzbelegungserkennung erfolgt in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ent- weder aufgrund der ersten oder aufgrund der zweiten Sensorsignale .

Vorzugsweise wird dabei eine Vorrichtung gemäß der bereits weiter oben beschriebenen Art verwendet.

Vorzugsweise kann das Verfahren in mehreren Umgebungstemperaturbereichen ablaufen; insbesondere in drei Umgebungstemperaturbereichen, da so der Rechenaufwand für die Auswertung und Zuordnung der Sensorsignale gering gehalten werden kann.

Bevorzugt erfolgt die Sitzbelegungserkennung in den Umgebungstemperaturbereichen mit den vergleichsweise niedrigsten Umgebungstemperaturen aufgrund einer Auswertung der ersten Sensorsignale, insbesondere falls diese in dem betrachteten Temperaturbereich vergleichsweise höhere Sensorsignale ausgeben als die zweiten Sensorelemente. Die Auswahl der ersten Sensorelemente ermöglicht deshalb eine besonders eine zuverlässige Sitzbelegungserkennung in diesem Umgebungstemperaturbereich zulassen.

Entsprechend erfolgt in einem Umgebungstemperaturbereich mit den vergleichsweise höchsten Umgebungstemperaturen die Insassenerkennung vorzugsweise aufgrund der zweiten Sensorsignale, insbesondere dann, wenn diese ein im Vergleich zu den ersten Sensorelementen niedrigeres zweites Sensorsignal aufweisen und so die Gefahr einer Vorlasterkennung reduziert wird.

Vorzugsweise wird ein erfindungsgemäßes Verfahren verwendet, bei dem zunächst zumindest ein Gewichtswert aus mindestens einem für die Insassenerkennung ausgewählten ersten oder zweiten Sensorsignal gebildet wird, anschließend dieser Ge- wichtswert mit einem Schwellwert verglichen wird und eine Funktion ausgelöst wird, wenn der Schwellwert durch den Gewichtswert überschritten wird.

Gerade in Kraftfahrzeugen ist eine besonders wichtige und deshalb bevorzugte Funktion, die aufgrund einer erkannten

Sitzbelegung angepasst oder aktiviert wird das Auslöseverhalten eines Insassenrückhaltemittels im Falle eines entsprechend schweren Fahrzeugunfalls. Beispielsweise kann dann eine Front-, Seiten-, Knieairbag ggf. angepasst aufgeblasen wer- den, um den erkannten Fahrzeuginsassen zu schützen.

Es können jedoch auch andere Funktionen in Abhängigkeit von einem erkannten Fahrzeuginsassen ausgelöst werden. Gerade in einem Kraftfahrzeug kann dies beispielsweise die Aktivierung eines Warnhinweises bei einem nicht angelegten Sicherheitsgurt und gleichzeitig erkanntem Fahrzeuginsassen sein. Meist werden diese Funktionen aber als vergleichsweise nachrangig wichtige Funktionen hinter den möglicherweise unmittelbar lebensrettenden Funktionen, die in Verbindung mit der Auslösung eines Insassenrückhaltemittels stehen, angesehen. Beim Aktivieren dieser oder einer ähnlichen nachrangigen Funktionen wird deshalb üblicherweise ein Schwellwert verwendet, der im Vergleich zu dem bei der der geschilderten Anpassung des Auslöseverhaltens eines Insassenrückhaltemittels verwendeten Schwellwert einen höheren Absolutwert aufweist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Figuren erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße

Vorrichtung,

Figur 2 eine prinzipielle Darstellung die Temperaturabhängigkeit der ersten oder zweiten Sensorsignale und

Figur 3 Eine schematische Auftragung von Sensorsignalen bei einer konstanten Gewichtskraft auf die Sensorelemente in Abhängigkeit von der Temperatur über die Temperatur.

Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen figurenübergreifend jeweils gleiche Gegenstände oder gleiche funktionelle Zusammenhänge .

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Auf einem Kraftfahrzeugsitz 1 mit einer Sitzfläche 2 und einer Sitzlehne 11 ist eine Sensorsitzmatte 3 angeordnet, die erste gewichtsempfindliche Sensorelemente A und zweite gewichtsempfindliche Sensorelemente B aufweisen, an denen ein gemeinschaftliches Sensorsignal S von einer Auswerteeinheit 7 abgegriffen werden kann, das Aufschluss über die auf die Sensorelemente A und B wirkenden Gewichtskräfte F gibt .

Alternativ kann auch eine Vorrichtung verwendet werden, bei der einzelne Sensorsignale S von der Auswerteeinheit 7 abgegriffen werden kann oder auch jeweils ein gemeinschaftliches Sensorsignal S von mehreren zusammen geschalteten ersten oder zweiten Sensorelementen A, B.

Die Auswerteeinheit 7 ist mit einer Auslöseeinheit 8 verbunden, die die Auslösung eines Insassenschutzmittels 9, beispielsweise eines Frontairbags bewirken kann, wenn Signale von (nicht dargestellten) Aufprallsensoren, beispielsweise Beschleunigungs- oder Drucksensoren, auf das Vorliegen eines einen Aufprallunfalls schließen lassen.

Figur 2 zeigt in prinzipieller Darstellung die Temperaturabhängigkeit der ersten oder zweiten Sensorsignale S. Auf der Abszisse sind erste oder zweite Sensorsignale S in willkürlichen Einheiten aufgetragen; auf der Ordinate die Kraft F in der Einheit Newton, die auf ein erstes oder zweiten Sensorelement A, B wirkt.

In dem dargestelltem Diagramm sind je ein Sensorsignalverlauf für drei unterschiedliche Temperaturen +65 ⁰ C, +25 ⁰ C und -2O ⁰ C eingetragen. Bei allen drei Kurven muss zunächst eine minima- Ie Kraft F auf das entsprechende Sensorelement A, B aufgebracht werden, bis ein messbares Signal S an dem Sensorelement A, B abgreifbar ist. Es fällt auf, dass diese Minimalkraft F mit ca. 15 N bei einer Umgebungstemperatur T von 65 ⁰ C am geringsten ist, bei einer Umgebungstemperatur T von 25 ⁰ C mit ca. 25 N etwas höher und bei einer Umgebungstemperatur T von -2O ⁰ C mit etwa 45 N am größten ist. Dadurch kann in vorliegendem Fall bei höheren Temperaturen T bereits ein kleineres Gewicht auf den Sensorelementen A, B dazu führen, dass ein Fahrzeuginsasse auf dem Fahrzeugsitz erkannt wird. Dies kann jedoch auch dazu führen, dass aufgrund einer Auswertung von Sensorsignalen S bereits dann fälschlicherweise auf die Anwesenheit eines Fahrzeuginsassen auf dem Fahrzeugsitz 1 geschlossen wird, wenn lediglich ein kleinerer Gegenstand auf dem Fahrzeugsitz 1 abgestellt wurde oder das Signal S durch Verspannungen in der Sitzoberfläche 2, unter der die Sensorsitzmatte 3 angeordnet ist, hervorgerufen werden, beispielsweise an Nähten der Sitzoberfläche 2.

Figur 3 zeigt schematisch mögliche Ausgabewerte S bei einem aufliegenden konstanten Gewichtswert F von beispielsweise 20 N in Abhängigkeit von der Temperatur T, beginnend bei -4O ⁰ C bis +85 ⁰ C. Die beiden schraffierten Bereiche oberhalb und unterhalb der Kurven stellen Bereiche dar, in denen ein einerseits zu großes Sensorsignal S zu einem möglicherweise fal- sehen Erkennen eines Fahrzeuginsassen führt bzw. andererseits ein zu kleines Sensorsignal S für eine sichere Sitzbelegungserkennung vorliegt.

Bei der mit A gekennzeichneten Kurve handelt es sich um den Verlauf von ersten Sensorsignalen S von ersten Sensorelementen A. Diese ersten Sensorsignale S werden zur Sitzbelegungserkennung verwendet; abhängig davon wird das Auslöseverhalten eines Insassenrückhaltemittels beeinflusst. Entsprechend un-

mittelbar wichtigen Bedeutung für den Schutz des Lebens von Fahrzeuginsassen sind die die ersten Sensorsignale S vergleichsweise höher als die zweiten Sensorsignale S der zweiten Sensorelemente B, die als Grundlage zur Auslösung einer Sicherheitsgurtwarnlampe verwendet werden.

Die ersten Sensorsignale S liegen im ersten Bereich I, also bei vergleichsweise niedrigeren Umgebungstemperaturen T, beispielsweise in einem ersten Umgebungstemperaturbereich I zwi- sehen -40 und -2O ⁰ C und in dem zweiten Umgebungstemperaturbereich II zwischen -20 und +3O ⁰ C Werte unterhalb einer Auslöseschwelle AS.

In einem Bereich sehr hoher Umgebungstemperaturen III zwi- sehen +30° und +85° geben die Sensorelemente A jedoch erste Sensorsignale S aus, die in den schraffierten Bereich oberhalb der Auslöseschwelle AS liegen. In diesem Bereich können diese Sensorsignale S nicht als Grundlage zur Anpassung des Auslöseverhaltens eines Insassenrückhaltemittels verwendet werden, da sie als zu unzuverlässig angesehen werden müssen. Im Temperaturbereich III werden dafür vielmehr die zweiten Sensorsignale S der zweiten Sensorelemente B verwendet, die in diesem Temperaturbereich III eine ausreichende Signalhöhe aufweisen, um noch eine sichere Sitzbelegungserkennung zu ge- währleisten.

In einem mittleren Temperaturbereich II werden die ersten Sensorsignale A entsprechend ihrer regulären Zuordnung verwendet: als Grundlage zur Beeinflussung der Auslösung eines Insassenrückhaltemittels. Ebenso werden die zweiten Sensorsignale B in diesem mittleren Umgebungstemperaturbereich II als Entscheidungsgrundlage für die Auslösung einer Sicherheitsgurtwarnlampe oder eines Sicherheitsgurtwarnsummers verwendet oder für eine andere nachrangige Funktion verwendet.

In einem Temperaturbereich I mit sehr niedrigen Temperaturen T zwischen -40 und -2O ⁰ C sind die zweiten Sensorsignale B so niedrig, dass hier, oftmals verursacht durch Messungenauig-

keiten beim Erfassen der ersten und zweiten Sensorsignale S, nicht mit Sicherheit entschieden werden kann, ob der Sitz belegt ist oder nicht. Hier werden die höheren ersten Sensorssignale S sowohl zur Beeinflussung des Auslöseverhaltens des Insassenrückhaltemittels als auch für die Gurtwarnfunktion verwendet .